Konseptet og driften av en skall- og rørvarmeveksler er ganske enkel og er basert på strømning og termisk kontakt mellom to væsker. Navnet på en skall- og rørvarmeveksler tjener som en forklaring på prosessen, som er utveksling av temperatur mellom to væsker. I en varmeveksler vil en oppvarmet eller varm væske strømme rundt en kald væske og overføre varme i retning av strømmen til den kalde væsken.
I enhver situasjon der to stykker materiale kommer i kontakt, vil det være en utveksling eller overføring av varme gjennom en ledende overflate. Prosessen med en skall- og rørvarmeveksler gir et sted for to væsker å utveksle eller overføre varme gjennom ledende metaller.
I skall- og rørvarmevekslerprosessen strømmer en væske gjennom rørene mens den andre væsken strømmer gjennom skallet. I diagrammet nedenfor, som er av et rett rørskall og rørvarmeveksler, er skallinntaket for skallvæsken å komme inn på toppen med innløpet for rørvæsken nederst til høyre.
En skall- og rørvarmeveksler har to rom eller seksjoner: skallsiden og rørsiden. Når du arbeider med en skall- og rørvarmeveksler, er det viktig å bestemme på hvilken side den varme væsken skal inn og på hvilken den kalde væsken skal inn; denne beslutningen omtales som flytende tildeling.
Når det er forskjell i trykk mellom væskene, kommer væsken med lavere trykk inn gjennom skallinnløpet siden rørene er designet for å håndtere høyt trykk.
Skallsiden
Når man skal bestemme væskestrøm for skallsiden, er det viktig å vite at skallet er dyrere å fremstille enn rørene, og det er vanskeligere å rengjøre. Skallsiden har ledeplater som leder væskestrømmen over rørbuntene.
Viskøse væsker og væsker med høy strømningshastighet behandles gjennom skallsiden hvor det er økt turbulens og økt overføringskoeffisient som fører til forbedret varmeoverføring. Store temperaturendringer utføres normalt på skallsiden.
Rørside
En nødvendighet på rørsiden er å skape turbulent strømning; dette oppnås ved å installere turbulatorer inne i rørene gjennom hullene i rørplaten. I likhet med turbulensen i skallet øker turbulensen i rørene varmeoverføringskapasiteten. En sekundær funksjon til turbulatorene er å holde innsiden av rørene rene og urene. Rør har lavere turbulens og trykkfall og gir en strømlinjeformet strømning.
Bestått
Skall- og rørvarmevekslere kan ha én, to, fire, seks eller åtte passeringer, som er skrevet 1-1, 1-2, 1-4 og så videre. Det første tallet er antall skjell. Det andre tallet er antall passeringer. Antall passeringer er antall ganger væsken passerer gjennom væsken i skallet. I en enkeltpass varmeveksler går væsken gjennom skallet én gang. Etter hvert som antall passeringer øker, øker varmeoverføringskoeffisienten.
En operativ skall- og rørvarmeveksler
Som det kan sees i grafikken, kommer kald væske inn gjennom røret eller skallinnløpet og varmes opp ved ledende oppvarming i rørene; den avsluttes deretter behandlet. Bildet nedenfor er en to-pass varmeveksler med skall og rør.
Turbulent strømning i en skall- og rørvarmeveksler øker varmeoverføringshastigheten og unngår tilsmussing i rørene og skallveggene. Den konstante turbulente strømmen har en selvrensende effekt som sikrer kontinuerlig og optimal ytelse. Baffler som styrer strømmen i skallet skaper turbulens mens turbulatorer installert i rørene skaper turbulens.
Varmevekslingsprosessen forenkles av termisk kontakt mellom de to væskene i skallet og rørene. En av væskene forlater kjøligere mens den andre forlater varmere eller varm.